CN113707430B - 一种pcb绕组器件及电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PCB绕组器件及电源模块。PCB绕组器件具有第一绕组和第二绕组，第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板中至少一个为多层PCB板；第一PCB板包括位于其一侧最外层的第一电路层，第二PCB板包括位于其一侧最外侧的第二电路层；第一PCB板用于形成第一绕组，且第一电路层形成第一绕组的至少一部分；第二PCB板用于形成第二绕组，且第二电路层形成第二绕组的至少一部分；第一电路层与第二电路层相互面对设置，且第一绕组与第二绕组的电气属性相同。本发明使得第一PCB板和第二PCB板之间无需另外设置绝缘板，提高了热传导效率，避免浪费PCB多层板空间。

Description

一种PCB绕组器件及电源模块

技术领域

本发明属于模块电源技术领域，具体涉及一种PCB 绕组器件及电源模块。

背景技术

PCB包括电路层、导热绝缘层和金属基层组成。电路层（通常为铜箔层）经过蚀刻形成印刷电路，使组件的各个部件相互连接，一般情况下，电路层要求具有很大的载流能力，从而使用较厚的铜箔。在电源模块中，印刷电路板（PCB）是关键的零部件，他搭载其他的电子零件并联通电路，以提供一个稳定的电路工作环境。常见的PCB板为双层结构，随着电力电子技术朝着高功率发展，PCB板的层数也随着增加，即PCB多层板包括多层电路层（印制板），各层电路层（印制板）之间由绝缘层隔开。多层板属于其中的一种典型的电路配置形式，电源模块中的电路可以被布置成多层的结构并压合在一起。越来越多的电路层（印制板）的层数为电源模块主要带来两方面的影响，一是PCB多层板加工难度大，生产周期长；二是PCB多层板随着层数增加价格差异非常悬殊，价格非常昂贵。

在模块电源中，通常变压器和电感的绕组需要使用层数较多的PCB多层板，例如12层或16层。模块电源中的其他器件，提供其他电子元器件的电气连接，可以使用层数较少的PCB多层板实现，例如6层或8层。如果使用一整块16层的PCB多层板同时实现变压器、电感以及其器件，则除了变压器或电感对应的部分PCB多层板外，其他部分由于无需使用全部16层导线层，这就造成了PCB多层板的浪费。

实践中，为了解决这一问题，采用变压器或电感绕组分布设计的方案。即模块电源中包括一个面积较大的主PCB多层板和一个面积较小的副PCB多层板。在主PCB板上形成模块电源的主要器件以及变压器或电感的一部分绕组，而在另外独立的、较小的副PCB多层板上形成变压器或电感的另外一部分绕组，即单独采用独立的、较小的PCB板上专门用于形成变压器或电感的另外一部分绕组。模块电源组装时，将副PCB多层板与主PCB多层板通过若干焊盘连接组装。如此，副PCB多层板与主PCB多层板结合后形成层数更多的PCB板，可以实现变压器或电感的全部绕组，同时，模块电源中的其他器件可以在主PCB多层板上实现，进而减小副PCB多层板的面积，不会浪费PCB多层板。但是，由于PCB多层板位于最外层的表面一般为阻焊层（又名阻焊漆、阻焊油墨等，一般由绿漆形成，是PCB的防护层），阻焊层不具有理想的绝缘效果，功能上不能作为绝缘层使用。因此，将副PCB多层板与主PCB多层板通过若干焊盘直接连接组装时，副PCB多层板外表面与主PCB多层板外板面会接触，此时如果副PCB多层板与主PCB多层板上绕组电气属性不同（例如变压器上原边绕组分配有4圈绕组，第一圈分配电气属性A，第二圈分配电气属性B，第三圈分配电气属性C，第四圈分配电气属性D），则会造成电路短路。为了解决电路短路问题，实践中，一般采取以下两种方法：

方法一，在副PCB多层板与主PCB多层板相接触的两个表面中，只利用其中一个表面的电路层（例如铜箔层）形成绕组。具体如图1和图2所示，包括副PCB多层板2和主PCB多层板1，副PCB多层板2内部具有图中未示出的多层板以及位于最上层的铜箔层9，最上层的铜箔层9上表面设置有阻焊层10。副PCB多层板2最下层未设置铜箔层，阻焊层8直接设置在PCB板中的绝缘介质层上。主PCB多层板1包括最上层的铜箔层5，图中为示出的位于内部的多层板，以及位于最下层的铜箔层11，铜箔层11下表面设置有阻焊层12。位于副PCB多层板2的最下层铜箔层不用于形成绕组，而在其他层形成绕组，包括图中未示出的副PCB多层板2中内部各层，以及位于副PCB多层板2最上层的铜箔层9。主PCB多层板1最上层铜箔5用于形成绕组。当然主PCB多层板1最下层铜箔11也可以形成绕组。这样，副PCB多层板与主PCB多层板相接触的两个表面之间具有绝缘介质层、阻焊层8以及阻焊层13 ，如此形成有效绝缘，不会造成电路短路。但这样对于副PCB多层板2来说相当于浪费了一层铜箔层。

方法二，如图3所示，副PCB多层板2与主PCB多层板1相临近的两个位于表面的铜箔均用于形成变压器或电感的绕组，但在副PCB多层板2与主PCB多层板1之间另外设置绝缘片6，以避免副PCB多层板和主PCB板相临近的两个位于表面中的绕组因电气属性不同而造成电路短路。但是，增加一层绝缘层6，显然增加了电源模块的结构复杂度和成本。

另外，对于模块电源而言，整个模块的产生的热量很大部分通过附在主PCB多层板表面的散热背板进行热传导散热，对于方法一和方法二来说，副PCB多层板与主PCB多层板通过若干焊盘组装连接，焊盘面积小，传热能力有限，副PCB多层板的热量很难经由焊盘传导至主PCB多层板，然后经主PCB多层板上的散热背板散热，另外设置绝缘片也会阻碍热传导，从而在副PCB多层板形成热堆积效应，进一步会影响电源源转化效率和性能可靠性。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本发明提出一种PCB 绕组器件及电源模块，为解决了现有技术中浪费PCB板可用层数的问题，简化了结构和工艺难度。

本发明的第一个方面是提供一种PCB 绕组器件，具有第一绕组和第二绕组，包括：第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板中至少一个为多层PCB板；第一PCB板包括位于其一侧最外层的第一电路层，第二PCB板包括位于其一侧最外侧的第二电路层；第一PCB板用于形成第一绕组，且第一电路层形成第一绕组的至少一部分；第二PCB板用于形成第二绕组，且第二电路层形成第二绕组的至少一部分；第一电路层与第二电路层相互面对设置，且第一绕组与第二绕组的电气属性相同。

作为一种较佳的实施方式，第一电路层与第二铜箔之间设置或不设置阻焊层。

作为一种较佳的实施方式，当第一电路层与第二铜箔之间不设置阻焊层时，第一电路层与第二铜箔之间留有空隙；或者当第一电路层与第二铜箔之间设置阻焊层时，阻焊层支之间留有空隙。

作为一种较佳的实施方式，第一电路层与第二铜箔之间设置有焊接材料层，焊接材料层将第一电路层与第二电路层焊接固连。

作为一种较佳的实施方式，所述焊接材料为锡膏。

作为一种较佳的实施方式，还包括两个相向设置的E型磁芯，E型磁芯的中柱位于第一PCB板和第二PCB板上开设的通孔中。

本发明的另一个方面是提供一种电源模块，包前述任意一PCB 绕组器件。

作为一种较佳的实施方式，第一PCB板与第二PCB板之间还设置有若干连接焊盘。

作为一种较佳的实施方式，第一PCB板的面积大于第二PCB板的面积，第二PCB板的面积与第一绕组和/或第二绕组相适应。

作为一种较佳的实施方式，第一PCB板还用于形成电源模块中的其他电子元器件的电气连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点和有益效果在于：

（1）本发明在第一PCB板和第二PCB板相邻的表层铜箔中布置网络属性（电气）属性相同的变压器或电感的绕组，从而使得第一PCB板和第二PCB板之间无需另外设置绝缘板，简化了结构和工艺。

（2）本发明中，将第一PCB板和第二PCB板相邻的表层铜箔上的阻焊层去除，直接在形成绕组的铜箔的对应位置上附上焊接材料，通过焊接材料将第一绕组和第二绕组连接起来，即第二PCB板上第二绕组的整个表面与第一PCB板上的第一绕组的整个表面通过焊接材料互相直接焊接在一起，从而使得第二PCB板通过焊接材料与第一PCB板板焊接固定在一起。这样，可以不再另外设置焊盘固定连接第一PCB板和第二PCB板，而且可以借由焊接材料，形成面积更大的传热面，第二PCB板上的热量可以快速传输至第一PCB板的散热背板，提高的热传导效率，有效解决现有技术中的热堆积问题。

（3）本发明中，第二PCB板用于形成变压器或电感的一部分绕组，第一PCB板除形成变压器或电感的另一部分绕组外，还设置电源模块中的其他电子元器件的电气连接。此时，第二PCB板的面积与形成变压器或电感所需面积相适应即可，无需采用与第一PCB板面积相同的多层板。也即，在第一PCB板与第二PCB板叠加后满足形成绕组的层数需求，第一PCB板的层数满足电源模块中的其他部件的层序需求即可，这样可以节省第二PCB板的面积，避免防止出浪费PCB多层板空间的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是现有技术方法一所述PCB 绕组器件爆炸图。

图2是现有技术方法一所述PCB 绕组器件侧视图。

图3是现有技术方法二所述PCB 绕组器件爆炸图。

图4是本发明所述PCB 绕组器件爆炸图。

图5是本发明所述PCB 绕组器件侧视图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。相反，提供这些实施例的目的是为了使本领域的技术人员更透彻地理解本发明。下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的创新构思。

本发明构思为，一种PCB 绕组器件，具有第一绕组和第二绕组，包括：第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板中至少一个为多层PCB板；第一PCB板包括位于其一侧外表面的第一电路层（也称走线层或铜箔层），第二PCB板包括位于其一侧外表面的第二电路层（例如铜箔层）；第一PCB板用于形成第一绕组，且第一电路层形成第一绕组的至少一部分；第二PCB板用于形成第二绕组，且第二电路层形成第二绕组的至少一部分；第一电路层与第二电路层相互面对设置，且第一绕组与第二绕组的电气属性相同。

所述PCB 绕组器件可以是使用PCB实现的变压器绕组，也可以是使用PCB实现的电感绕组。第一绕组和第二绕组均是变压器绕组或电感绕组的一部分。第一绕组和第二绕组共同构成完整的变压器绕组或电感绕组。通常来说，当使用PCB实现的变压器绕组或电感绕组时，需要使用PCB多层板。本发明中，第一PCB板和第二PCB板中至少一个为多层PCB板，另一个可以为单层PCB板或双层PCB板。由于第一PCB板和第二PCB板中至少一个为多层PCB板，则第一PCB板和第二PCB板叠加后也是多层板结构。

由于第一绕组与第二绕组的电气属性相同，当第一电路层与第二电路层相互面对设置，即第一PCB板和第二PCB板相互面对设置时，不用考虑相邻层之间的防短路问题。第一电路层与第二铜箔之间不在需要设置绝缘板。

作为一种实施方式，第一电路层和第二铜箔相互面对的一侧可以设置阻焊层，也可以不设置阻焊层。当不设置阻焊层时，第一电路层与第二铜箔之间可以留有一定间隙，作为散热风道。当第一电路层和第二铜箔相互面对的一侧均设置有阻焊层时，第一PCB板和第二PCB板可以紧贴设置。

作为一种实施方式，第一电路层和第二铜箔相互面对的一侧均不设置阻焊层，而在第一电路层与第二铜箔之间设置焊接材料层，使用焊接材料层将第一电路层与第二电路层焊接固连。如此，第一PCB板和第二PCB板通过接材料层相互固定，此时可以不再使用焊盘固定第一PCB板和第二PCB板，当然焊盘也可以根据实际需要保留。第一PCB板和第二PCB板通过接材料层相互固定后，可以根据第一PCB板和第二PCB板叠加后的总层数分配各自实现的绕组匝数。

所述PCB 绕组器件可以应用于包含变压器或电感的电源模块。即在PCB板即实现绕组，也设置电源模块中的其他电子元器件的电气连接。通常来说，实现绕组所需要的PCB板层数多于实现其他器件的PCB板层数。此时，如果采用一个在层数上可以满足变压器或电感绕组需求，在面积上又满足布设绕组和其他器件需求的完整的多层PCB板，势必造成PCB板中部分层数和空间的浪费，例如没有设置绕组的地方，除了部分层用于设置其他期间外，剩余层是空置的。本发明中，在电源模块中为了避免浪费多层PCB板的空间，可以使用面积较大的PCB板，例如第一PCB板形成绕组的一部分以及电源模块中的其他器件，而使用面积较小的第二PCB板形成组的另一部分。然后第二PCB板与第一PCB板相互固定形成完整的变压器绕组或电感绕组。例如，实现变压器或电感绕组需要12层PCB板，实现其他期间需要6层PCB板，按照本发明的构思，第一PCB板采用6层PCB板，第二PCB板采用4层PCB板，第一PCB板与第二PCB板叠加后为12层，满足形成绕组。此时，第二PCB板的面积大小只需要满足形成绕组即可，其面积不需要与第一PCB板一样大。这样就可以节省第二PCB板的面积，即防止浪费多层PCB板。

实施例1

如图4所示为，采用本发明构思的PCB变压器，该变压器包括：主PCB多层板1和副PCB多层板2，变压器磁芯3、变压器磁芯4，其中，主PCB多层板1作为第一PCB板，副PCB多层板2作为第二PCB板。

主PCB多层板1和副PCB多层板2用于形成变压器绕组，其中，主PCB多层板1用于形成变压器绕组的一部分，副PCB多层板2用于形成变压器绕组的另一部分。需要说明的是，主PCB多层板1上形成的绕组与副PCB多层板2上形成的绕组无需按照原边绕组或副边绕组来严格区分设置。在一些实施方式中，使用主PCB多层板1形成的完整的原边绕组或副边绕组，同时使用副PCB多层板2形成的完整的副边绕组或原边绕组。在另一些实施方式中，使用主PCB多层板1形成的完整的原边绕组以及副边绕组的一部分，同时使用副PCB多层板2形成副边绕组的另一部分，反之也可。具体根据主PCB多层板1和副PCB多层板2的层数和空间布置需求进行设置。

变压器磁芯3和变压器磁芯4为一对E型磁芯，与主PCB多层板1和副PCB多层板2上形成的绕组组合装后形成变压器。具体地，主PCB多层板1和副PCB多层板2上设置有与磁芯中柱对应的通孔，一对E型磁芯的中柱安装在对应的通孔。

如图5所示，本实施例所述PCB变压器中，电路层由铜箔形成，位于主PCB多层板1最上层的铜箔层为第一铜箔层5，位于主PCB多层板1最下层的铜箔层为第三铜箔层11，第三铜箔层11的下表面上设置有阻焊层12。位于副PCB多层板2最下层的铜箔层为第二铜箔8，位于副PCB多层板2最上层的铜箔层为第四铜箔层9，第四铜箔层9的上表面上设置有阻焊层10。

位于主PCB多层板1最上层的第一铜箔5和位于副PCB多层板2最下层的第二铜箔层8均用于形成绕组。当然，不是说主PCB多层板1中仅用第一铜箔层5形成绕组，而是说除了第一铜箔层5形成绕组外，还可以用主PCB多层板1内部但图5未示出多层板以及第三铜箔层11形成绕组，具体使用几层，根据实际需要确定，但第一铜箔层5是形成绕组的一部分。同理，副PCB多层板2不是仅用第二铜箔层8形成绕组，还可以根据实际情况使用图5未示出的内部层以及第四铜箔层9形成绕组。

第一铜箔层5上绕组的电气属性与第二铜箔层8上绕组的电气属性相同。在本实施例中，第一铜箔层5和第二铜箔层8相面对的面上均未设置阻焊层。组装时，在第一铜箔层5与第二铜箔层8之间设置焊接材料层。即使用焊接材料将第一铜箔层5与第二铜箔层8焊接固连在一起，从而将主PCB多层板1与副PCB多层板2固定连接。这样，可以借由焊接材料形成面积更大的传热面，副PCB多层板上的热量可以通过焊接材料快速传输至主PCB多层板，并通过主PCB多层板上的散热背板散热，有效解决现有技术中的热堆积问题。进一步，可以不再另外设置用于固定连接主PCB多层板和副PCB多层板的焊盘，从而简化了电路结构。

组装后，主PCB多层板1的上表面与副PCB多层板2的下表面相互面对设置，即第一铜箔层5与第二铜箔层8相互面对设置，从而使主PCB多层板1形成的绕组与副PCB多层板2形成的绕组构成完整的变压器绕组。

本实施例中，由于第一铜箔层5上绕组的电气属性与第二铜箔层8上绕组的电气属性相同，因此无需考虑主PCB多层板和副PCB多层板之间的短路问题，主PCB多层板和副PCB多层板之间无需另外设置绝缘板，简化了结构和工艺。

实施例2

本实施例与实施例1和实施例2的区别在于，由于无需考虑主PCB多层板和副PCB多层板之间的短路问题，在本实施例中，第一铜箔层5和第二铜箔层8表面设置的阻焊层可以不用去除。主PCB多层板1与副PCB多层板2组装时，仍然使用焊盘固定主PCB多层板1与副PCB多层板2，第一铜箔层5上的阻焊层与第二铜箔层8上的阻焊层相邻设置并留有一定空隙，或者第一铜箔层5上的阻焊层与第二铜箔层8上的阻焊层紧贴设置。阻焊层相邻设置并留有的空隙可以作为散热风道。

作为本实施例的进一步优化，可以在副PCB多层板上设置散热装置，例如散热背板，强化副PCB多层板的扇热效果。

实施例3

本发明构思还可以实现PCB电感，具体实施方式与前述PCB变压器实施方式大致相同，包括主PCB多层板和副PCB多层板，但无需磁芯。

主PCB多层板和副PCB多层板分别用于形成电感绕组的一部分，主PCB多层板形成第一绕组，副PCB多层板形成第二绕组，主PCB多层板和副PCB多层板组合后，第一绕组和第二绕组组成完整的电感。其中，主PCB多层板和副PCB多层板相互面对一侧最外层的铜箔层均用于形成绕组，且第一绕组和第二绕组的的电气属性相同。

主PCB多层板和副PCB多层板相互面对一侧最外层的铜箔层的外表面可以设置阻焊层，也可以不设置阻焊层。无论是否设置阻焊层，主PCB多层板与副PCB多层板可以直接紧贴设置，也可以间隔一定空间。

作为优选方式，主PCB多层板和副PCB多层板相互面对一侧最外层的铜箔层的外表面没有设置阻焊层，而是使用锡膏将相互面对的铜箔层直接焊接固连。

实施例4

基于前述实施例所述的PCB变压器或PCB电感，本实施例提供一种电源模块，包括主PCB多层板和副PCB多层板，副PCB多层板用于形成变压器或电感的一部分绕组，主PCB多层板除形成变压器或电感的另一部分绕组外，主PCB多层板上还设置电源模块中的电子元器件的电气连接，其他电子元器件例如电源芯片控制器、控制线路上的电阻，电容等等。由于主PCB多层板上还设置电源模块中的其他部件，相对来说，主PCB多层板面积大于副PCB多层板的面积。副PCB多层板的面积与形成变压器或电感所需面积相适应即可，无需采用与主PCB多层板面积相同的多层板。这样可以节省副PCB多层板，防止出现副PCB多层板面积较大但并不实际使用而浪费PCB多层板的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，

任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。

应当理解，可以对本发明的一个实施例的设备中包括的模块、单元、组件等进行自适应性地改变以把它们设置在与该实施例不同的设备中。可以把实施例的设备包括的不同模块、单元或组件组合成一个模块、单元或组件，也可以把它们分成多个子模块、子单元或子组件。

Claims (8)

1.一种PCB绕组器件，具有第一绕组和第二绕组，其特征在于，包括：

第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板中至少一个为多层PCB板；

第一PCB板包括位于其一侧最外层的第一电路层，第二PCB板包括位于其一侧最外侧的第二电路层；

第一PCB板用于形成第一绕组，且第一电路层形成第一绕组的至少一部分；第二PCB板用于形成第二绕组，且第二电路层形成第二绕组的至少一部分；

第一电路层与第二电路层相互面对设置，且第一绕组与第二绕组的电气属性相同；

第一电路层与第二电路层之间设置有焊接材料层，焊接材料层将第一绕组的整个表面与第二绕组相对的整个表面固连，进而将第一电路层与第二电路层焊接固连。

2.如权利要求1所述的PCB绕组器件，其特征在于，第一电路层与第二电路层之间留有空隙。

3.如权利要求1所述的PCB绕组器件，其特征在于，所述焊接材料为锡膏。

4.如权利要求1所述的PCB绕组器件，其特征在于，所述电路层为铜箔层。

5.一种电源模块，其特征在于，包括权利要求1-4所述任意一PCB绕组器件。

6.如权利要求5所述的电源模块，其特征在于，第一PCB板与第二PCB板之间还设置有若干连接焊盘。

7.如权利要求5所述的电源模块，其特征在于，第一PCB板的面积大于第二PCB板的面积，第二PCB板的面积与第一绕组和/或第二绕组相适应。

8.如权利要求5所述的电源模块，其特征在于，第一PCB板还用于形成电源模块中的电子元器件的电气连接。